(57)【要約】【課題】回転陽極型Ｘ線管１において、製造コストを低減したうえで、静粛性や寿命を向上する。【解決手段】陰極２および陽極３を管球部１０で覆い囲み、陽極３が軸方向一端に取り付けられた回転軸２０の軸方向他端側を、動作時に真空、高温となる管球部１０から外部（例えば大気空間）に突出させる。この回転軸２０において外部に突出している軸方向他端側に回転軸駆動機構３０を外装する。この管球部１０から外部に突出している回転軸２０を回転軸駆動機構３０に転がり軸受４０，４０を介して回転自在に支持させている。管球部１０において回転軸２０が貫通する軸挿通部１２は、流体金属５１を用いたシール部５０で密封している。【選択図】図１
2006004716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非回転の陰極から発生される電子ビームを、回転する陽極に照射することによって前記陽極からＸ線を発生させる回転陽極型Ｘ線管であって、
前記陰極および陽極を覆い囲む管球部と、
前記管球部に設けた軸挿通部から前記管球部内に軸方向一端側がすきまを持つ状態で挿入されて軸方向他端側が前記管球部外に突出されかつ前記軸方向一端に前記陽極が取り付けられた回転軸と、
前記回転軸において前記管球部外に突出する軸方向他端側に外装されて前記回転軸を回転駆動する回転軸駆動機構と、
前記回転軸駆動機構に前記回転軸を回転自在に支持する転がり軸受と、
前記管球部の軸挿通部と前記回転軸との対向間のすきまを、流体金属を用いて密封するシール部とを含むことを特徴とする回転陽極型Ｘ線管。
【請求項２】
前記すきまは、前記管球部の軸挿通部の内周に設けられる径方向内向きの鍔部と、前記回転軸において前記軸挿通部に対向する外周に設けられる環状溝とを非接触に嵌め合わせることで屈曲されていることを特徴とする請求項１に記載の回転陽極型Ｘ線管。
【請求項３】
前記シール部は、前記すきまに入れられた流体金属と、前記すきまの軸方向両端に設けられて前記流体金属を前記すきまに封じ込める動圧発生部とを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の回転陽極型Ｘ線管。
【請求項４】
前記動圧発生部は、前記回転軸の環状溝の径方向に沿う内壁面または前記鍔部の径方向に沿う内側面に設けられるスパイラル溝とされていることを特徴とする請求項３に記載の回転陽極型Ｘ線管。
【請求項５】
前記管球部の軸挿通部の外周に、冷却装置が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の回転陽極型Ｘ線管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非回転の陰極から発生される電子ビームを、回転する陽極に照射することによって前記陽極からＸ線を発生させる回転陽極型Ｘ線管に関する。本発明に係る回転陽極型Ｘ線管は、例えば医療用のＸ線診断装置等に利用される。
【背景技術】
【０００２】
従来の回転陽極型Ｘ線管は、陰極と、陽極と、この陽極を軸方向一端に取り付けた回転軸とを管球部で覆い囲み、前記回転軸の軸方向他端側を筒状として、この筒状部内に前記管球部内に取り付けた支軸を挿入し、筒状部と支軸との間に転がり軸受を設けた構成である。前記回転軸を回転駆動する回転軸駆動機構として例えばモータを用いるが、このモータは、前記回転軸の筒状部をロータとし、この回転軸の筒状部を覆う管球部の一部を隔てた外部にステータを配置した構造になっている（特許文献１参照。）。
【０００３】
このような回転陽極型Ｘ線管では、動作時に、管球部内が１０−３Ｐａ以上の真空雰囲気になるとともに３００℃〜５００℃程度の高温雰囲気になる。そのため、前記回転軸を回転支持する転がり軸受には、一般に用いるグリース等を使用できないので、通常、鉛や銀等の軟質金属を主成分とした固体潤滑剤を用いている。このような固体潤滑剤を用いる転がり軸受は高価であるとともに、振動や騒音が比較的大きいことが指摘され、さらに固体潤滑剤が比較的早期段階で摩滅してしまうために寿命が短いことが指摘される。このことが回転陽極型Ｘ線管の静粛性を損なうとともに寿命を短くする要因になっている。
【特許文献１】特開平１０−２４１６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、回転陽極型Ｘ線管において、製造コストを低減したうえで、静粛性や寿命を向上することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る回転陽極型Ｘ線管は、非回転の陰極から発生される電子ビームを、回転する陽極に照射することによって前記陽極からＸ線を発生させるものであって、前記陰極および陽極を覆い囲む管球部と、前記管球部に設けた軸挿通部から前記管球部内に軸方向一端側がすきまを持つ状態で挿入されて軸方向他端側が前記管球部外に突出されかつ前記軸方向一端に前記陽極が取り付けられた回転軸と、前記回転軸において前記管球部外に突出する軸方向他端側に外装されて前記回転軸を回転駆動する回転軸駆動機構と、前記回転軸駆動機構に前記回転軸を回転自在に支持する転がり軸受と、前記管球部の軸挿通部と前記回転軸との対向間のすきまを、流体金属を用いて密封するシール部とを含むことを特徴としている。
【０００６】
要するに、本発明では、動作時に真空、高温となる管球部から回転軸の軸方向他端側を管球部の外部（例えば大気空間）に突出させて、この回転軸において外部に突出している軸方向他端側に回転軸駆動機構を外装し、この回転軸駆動機構に回転軸の軸方向他端側を転がり軸受で回転自在に支持させている。
【０００７】
このように、転がり軸受を管球部の外部（例えば大気空間）に配置させているから、この転がり軸受を、一般的なグリース等の潤滑剤を用いた安価な既製品とすることが可能になる。そのため、固体潤滑剤を用いた転がり軸受を備える従来例の回転陽極型Ｘ線管に比べて、製造コストを低く抑えることが可能になり、しかも、動作時の振動や騒音を低減することが可能になるとともに、寿命を延ばすことが可能になる。
【０００８】
また、管球部を密封するシール部として流体金属を用いたものにしているので、高温となる管球部の熱によって流体金属が加熱されても、蒸発しにくいので、密封性が確保される。また、流体金属が熱伝導性に優れているので、管球部や回転軸の熱を吸収して外部に逃がすのに役立ち、管球部の温度管理が容易となる。
【０００９】
好ましくは、前記すきまは、前記管球部の軸挿通部の内周に設けられる径方向内向きの鍔部と、前記回転軸において前記軸挿通部に対向する外周に設けられる環状溝とを非接触に嵌め合わせることで屈曲されたものとすることができる。この場合、すきまが屈曲しているので、流体金属の充填量を多くできるとともに、流体金属が漏れ出にくくなる。
【００１０】
好ましくは、前記シール部は、前記すきまに入れられた流体金属と、前記すきまの軸方向両端に設けられて前記流体金属を前記すきまに封じ込める動圧発生部とを含むものとすることができる。この場合、すきまに入れた流体金属を動圧発生部によって閉じ込めているので、密封性が高まる。
【００１１】
好ましくは、前記動圧発生部は、前記回転軸の環状溝の径方向に沿う内壁面または前記鍔部の径方向に沿う内側面に設けられるスパイラル溝とされたものとすることができる。
【００１２】
好ましくは、前記管球部の軸挿通部の外周に、冷却装置が設けられたものとすることができる。冷却形態としては、油冷、水冷、冷媒ガスを用いた形態等、何でもよい。この場合、軸挿通部を冷却できるとともに、軸挿通部の内周側の流体金属を冷却できるので、間接的に管球部を冷却できるようになる。
【００１３】
上記回転軸駆動機構は、例えばロータとステータとを備えたモータとしたり、あるいは、回転軸に歯車あるいは摩擦車を外装し、これらをベルト駆動する構成としたりできるが、それら以外の構成とすることもできる。
【００１４】
なお、例えば回転軸駆動機構をロータとステータとからなるモータとする場合、回転軸駆動機構を管球部の外部（例えば大気空間）に配置している関係より、ロータとステータとを従来例のように管球部の隔壁を挟むことがなく直接的に対向させることが可能になる。そのため、ロータとステータとの対向間のエアギャップを可及的に小さく設定できる等、回転特性の向上に貢献できる。しかも、ロータやステータが管球部や回転軸からの熱が伝導されにくいので、熱膨張を抑制できてロータとステータとの対向間のエアギャップをさらに小さく設定することが可能になる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る回転陽極型Ｘ線管によると、製造コストを低減したうえで、静粛性ならびに寿命を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る回転陽極型Ｘ線管の最良の実施の形態を、添付している図面を参照して説明する。図１は、回転陽極型Ｘ線管を示す断面図、図２は、図１に示す円内を拡大して示した図、図３は、図２に示す（３）−（３）線断面の矢視図である。
【００１７】
図に示す回転陽極型Ｘ線管１は、非回転の陰極２から発生される電子ビーム４を、回転する陽極３に照射することによって陽極３からＸ線５を発生させるものである。
【００１８】
この実施の形態では、陰極２および陽極３を管球部１０で覆い囲み、陽極３が軸方向一端に取り付けられた回転軸２０の軸方向他端側を、動作時に真空、高温となる管球部１０から外部（例えば大気空間）に突出させて、この回転軸２０において外部に突出している軸方向他端側に回転軸駆動機構３０を外装し、この回転軸駆動機構３０に回転軸２０の軸方向他端側を転がり軸受４０，４０を介して回転自在に支持させている。
【００１９】
以下において各部を詳細に説明する。
【００２０】
管球部１０は、円筒形の箱体からなり、その一側面（図の左側の面）の中心には小径円筒部１１が外側に突出する状態で、また、他側面（図の右側の面）の中心には、外側へ突出する大径円筒部が軸挿通部１２として設けられている。この管球部１０内は、動作時に真空雰囲気とされる。なお、小径円筒部１１および軸挿通部１２は、管球部１０の内側へ突出する形にしてもよい。
【００２１】
この管球部１０は、例えばその円筒部から外部へＸ線５を透過させる必要があるので、Ｘ線５を透過可能とする耐熱ガラス等の材料で形成することができる。なお、管球部１０の外形形状は特に限定されるものではないし、また、Ｘ線５を通過させたい部分のみを前記のような材料とし、その他の部分は別の材料で形成してもよい。
【００２２】
陰極２は、管球部１０の小径円筒部１１にブラケット６を介して取り付けられている。小径円筒部１１は、ブラケット６により閉塞されている。
【００２３】
陽極３は、円錐台形状に形成されており、その外周の斜面部３ａが陰極２からの電子ビーム４が照射されるターゲットとされる。この陽極３は、回転軸２０の軸方向一端に取り付けられている。陽極３と回転軸２０は別体にせず、一体にしてもよい。
【００２４】
回転軸２０の軸方向一端側は、管球部１０内に挿入されている。この回転軸２０の軸方向中間から軸方向他端側は、動作時に真空、高温となる管球部１０の軸挿通部１２から外部に突出されている。
【００２５】
回転軸２０において管球部１０から外部に突出している部分には、回転軸駆動機構３０が外装されている。
【００２６】
この回転軸駆動機構３０は、ロータ３１とステータ３２とを含むモータとされる。ロータ３１は、回転軸２０の軸方向他端側に設けられた小径部２１の外周に取り付けられており、また、ステータ３２は、モータハウジング３３を回転軸２０の小径部２１に外嵌されたモータハウジング３３の内周面に取り付けられており、これにより、ロータ３１にステータ３２が径方向で所定のエアギャップを介して直接対向されている。
【００２７】
モータハウジング３３は、例えば有底円筒形に形成されており、その内底側内周面３４と開口側内周面３５との二箇所が回転軸２０の小径部２１に転がり軸受４０，４０を介して回転自在に支持されている。
【００２８】
この二つの転がり軸受４０，４０は、例えば深溝玉軸受とされるが、一般的に知られるいろいろな形式の玉軸受やころ軸受とすることができる。このモータハウジング３３は、使用にあたって適宜の場所に非回転に固定され、それによって、このモータハウジング３３に回転軸２０が回転自在に支持されることになる。
【００２９】
ところで、管球部１０の軸挿通部１２に回転軸２０を貫通させている部分、つまり軸挿通部１２と回転軸２０の軸方向中間部とを非接触にしているので、それらの対向間に存在するすきま７をシール部５０で密封するようにしている。
【００３０】
シール部５０は、管球部１０の軸挿通部１２と回転軸２０の軸方向中間部との対向間のすきま７に入れられた流体金属５１と、すきま７の軸方向両端に設けられて流体金属５１をすきま７内に封じ込める動圧発生部５２とを含んで構成されている。
【００３１】
流体金属５１は、管球部１０内の温度が例えば３００℃〜５００℃程度の高温になることを考慮し、気化しにくくかつ熱伝導性に優れたものが好ましく、例えばガリウム等が好適に用いられる。
【００３２】
この実施の形態では、すきま７を、屈曲したラビリンス構造にしている。つまり、このラビリンス構造のすきま７は、管球部１０の軸挿通部１２の内周の軸方向複数箇所（例えば三箇所）に設けられた径方向内向きの鍔部１３，１４，１５と、回転軸２０の軸方向中間部の外周の軸方向複数箇所（例えば三箇所）に設けられた環状溝２２，２３，２４とを、それぞれ径方向から非接触に嵌め合わせることによって形成されている。
【００３３】
動圧発生部５２は、回転軸２０の軸方向両端の環状溝２２，２４の径方向に沿う内壁面に形成されるスパイラル溝とされている。なお、この動圧発生部５２は、軸挿通部１２に設けた軸方向両端の鍔部１３，１５の径方向に沿う内側面に設けることもできる。
【００３４】
このスパイラル溝からなる動圧発生溝１５は、例えば図３において回転軸２０を矢印８方向に回転させたとき、流体金属５１に対して径方向内向き（矢印９方向）の動圧を誘起するポンプ作用を発生するものである。なお、回転軸２０の回転静止時では、上記ラビリンス構造のすきま７に加えて流体金属５１の表面張力や境界面張力の存在により、流体金属５１がすきま７から漏れ出にくくなる。なお、すきま７は、図１から図３において理解を助けるために誇張して大きく記載しているが、上記張力で流体金属５１が外部に漏れ出さない程度に設定することが好ましい。
【００３５】
さらに、シール部５０の流体金属５１を冷却するとともに管球部１０内の温度を低く保つために、管球部１０の軸挿通部１２の外周に冷却装置６０を設けている。
【００３６】
この冷却装置６０は、管球部１０の軸挿通部１２の外周側に環状空間を形成するケース６１を取り付け、このケース６１内の環状空間に図示していない作動ポンプから配管６２を通じて油、水、ガス等の冷媒６３を供給して循環させる構成になっている。なお、冷媒６３の供給経路や排出経路は図示を省略している。
【００３７】
次に、上述した構成の回転陽極型Ｘ線管１の動作を簡単に説明する。
【００３８】
回転軸駆動機構３０のステータ３２に通電して所要の回転磁界を形成させることによって、ロータ３１に回転動力を付与して、回転軸２０および陽極３を回転させる。その一方で、管球部１０内を高真空としておいて、陰極２から電子ビーム４を発生させ、この電子ビーム４を陽極３の斜面部３ａに照射させることによって、陽極３からＸ線５を発生させる。
【００３９】
ところで、回転軸２０を回転させることに伴い、動圧発生部５２がすきま７の両端から中央へ向かう動圧を発生するので、この動圧によって流体金属５１がシール部５０のすきま７内に閉じ込められ、外部への漏れ出しが防止される。そのため、管球部１０内を真空状態に保持することができる。この流体金属５１をガリウムとする場合、万一、シール部５０の外に漏れ出て、回転軸駆動機構３０の構成部品等に付着すると、腐食する心配があるが、上述したようにシール部５０の密封性が高いので、そのような不具合の発生を防止できる。
【００４０】
しかも、動作の経過に伴い、管球部１０内の温度が上昇して高温になっても、シール部５０の流体金属５１を蒸発、気化しにくいガリウムにしているので、シール部５０の密封性を保持できる。このようなシール部５０は、密封性に優れているだけでなく、リップ付きシールなどのように摺動する部分がないので、発熱を抑制または防止できるとともに回転軸２０のトルクを低減するうえで有利となる。
【００４１】
しかも、この実施形態では、シール部５０の外周に冷却装置６０を設けているから、動作の経過に伴い温度上昇する流体金属５１を冷却することができる。この流体金属５１をガリウム等の熱伝導性の優れたものとしているため、管球部１０内や回転軸２０を流体金属５１を通じて冷却装置６０で冷却できるようになる等、管球部１０の温度管理が容易に行える。
【００４２】
この他、回転軸２０の軸方向中間部から軸方向他端側を管球部１０の外部（大気空間）に突出させたうえで、回転軸２０そのものの温度上昇を抑制しているから、この回転軸２０を支持する転がり軸受４０，４０は、一般的なグリース等の潤滑剤を用いた安価な既製品を用いることが可能になる。
【００４３】
以上説明したように、本実施の形態に係る回転陽極型Ｘ線管１は、回転軸２０の一部を管球部１０の外部（例えば大気空間）に突出させて、この回転軸２０の突出した部分を回転軸駆動機構３０に回転自在に支持する転がり軸受４０，４０を管球部１０の外部（例えば大気空間）に配置させているから、この転がり軸受４０，４０を、一般的なグリース等の潤滑剤を用いた安価な既製品とすることが可能になる。そのため、固体潤滑剤を用いた転がり軸受を備える従来例の回転陽極型Ｘ線管に比べて、製造コストを低く抑えたうえで、動作時の振動や騒音を軽減することができるとともに、寿命を延ばすことができるようになる。
【００４４】
以下、本発明の他の実施形態を説明する。
【００４５】
（１）図示しないが、上記実施形態と反対に、軸挿通部１２に環状溝を設けて、回転軸２０に径方向外向きの鍔部を設ける形態とすることができる。
【００４６】
（２）シール部５０の他の実施の形態を図４に示す。回転軸２０に環状溝２２〜２４を設けずに、回転軸２０の小径部２１の外周に環状溝ユニット７０を取り付けている。この環状溝ユニット７０は、軸方向幅の大きな環状溝７１を形成するものであり、回転軸２０の小径部２１の外周に嵌合される円筒部材７２と、この円筒部材７２の軸方向両端にねじ等の締結部材７５で結合された二つの環状板７３，７４とで構成されている。この環状溝ユニット７０は、その円筒部材７２を回転軸２０の小径部２１に例えば圧入嵌合するとともに、第一の環状板７３を回転軸２０の段壁面目２５に押し付けることによって、回転軸２０に固定されている。二つの環状板７３，７４の各内側面には、スパイラル溝形状の動圧発生部５２，５２が設けられている。
【００４７】
この環状溝ユニット７０の第一の環状板７３を、軸挿通部１２に設けている三つの鍔部１３〜１５のうちの最内側（管球部１０側）の鍔部１３と中央の鍔部１４との間に非接触で挿入し、第二の環状板７４を三つの鍔部１３〜１５のうちの最外側（回転軸駆動機構３０側）の鍔部１５の外側に非接触で軸方向から対向させるように配置することで、環状空間７６を確保している。
【００４８】
この環状空間７６には、流体金属５１が充填される。この環状空間７６の容積を大きくするために、環状溝ユニット７０の環状溝７１の軸方向幅を可及的に大きくしたうえで、軸挿通部１２に設けている三つの鍔部１３〜１５のうち、中央の鍔部１４と最外側（回転軸駆動機構３０側）の鍔部１５との軸方向対向間隔を大きくしている。
【００４９】
このような環状溝ユニット７０を用いた場合も、回転軸２０の回転に伴い動圧発生部５２，５２により発生する動圧でもって流体金属５１が環状空間７６内に閉じ込められるので、高い密封性を発揮する。また、この環状溝ユニット７０を用いる場合、流体金属５１の充填量を増減調整する場合に容易に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管を示す断面図
【図２】図１に示す円内を拡大して示した図
【図３】図２に示す（３）−（３）線断面の矢視図
【図４】本発明に係る回転陽極型Ｘ線管の他の実施の形態であり、シール部を示す断面図
【符号の説明】
【００５１】
１…回転陽極型Ｘ線管、
２…陰極、
３…陽極、
７…すきま、
１０…管球部、
１２…軸挿通部、
２０…回転軸、
３０…回転軸駆動機構、
４０…転がり軸受、
５０…シール部、
５１…流体金属、
５２…動圧発生部、
６０…冷却装置。
【図１】
2006004716.tif 000003
【図２】
2006004716.tif 000004
【図３】
2006004716.tif 000005
【図４】
2006004716.tif 000006